[發明專利]一種由液晶填充的雙通道自校準光纖表面等離子共振溫度傳感器

在審

• 申請號: 201910410185.6
• 申請日: 2019-05-17
• 公開（公告）號: CN110186590A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 李麗霞;包佳宇;宗雪陽;劉玉芳
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種由液晶填充的雙通道自校準光纖表面等離子共振溫度傳感器，階躍折射率多模塑料包層光纖中部間隔10mm的兩側分別剝除10mm長度的包層形成裸露纖芯，其中一側的裸露纖芯上濺射有厚度為40nm的環形金膜，該環形金膜外側包覆有塑料管，塑料管與環形金膜之間的空腔填充液晶分子層后進行密封處理形成傳感通道I，另一側的裸露纖芯上依次濺射有厚度為60nm的環形銀膜和厚度為22nm的環形氧化銦錫薄膜形成傳感通道II。本發明制作簡便，同時結合了液晶分子的溫度特性，使其具有很高的溫度響應靈敏度，并且能實現在不同溫度范圍的變靈敏度響應。

技術領域

本發明屬于光纖表面等離子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）傳感器的設計和制造技術領域，具體涉及一種由液晶填充的雙通道自校準光纖表面等離子共振溫度傳感器。

背景技術

傳統的測溫器件有熱敏電阻與熱電偶。熱敏電阻測量精度雖然很高，但是由于其輸出信號與溫度之間具有非線性關系，從而不利于建立很好的響應關系；而熱電偶與熱敏電阻相比，具有相反的特點：測量精度較低，信號與溫度線性相關。另外應用較多的芯片集成電路測溫裝置，其比熱敏電阻更為精確，信號和溫度也有高度線性相關性，卻具有自加熱效應和慢響應速率慢的缺陷。液晶隨溫度相變的物理特性決定了其可以成為一種優秀的測溫材料。目前已知的基于波長調制的液晶測溫系統，例如基于法布里珀羅腔（F-P）和光子晶體光纖設計的溫度傳感系統，具有極高的靈敏度。但是F-P腔測溫系統需要復雜的響應電路支持，對于光子晶體光纖測溫系統，將液晶填充到光子晶體光纖內也是極其困難的。因此，需要設計一種新型的溫度傳感系統，讓其具有靈敏度高，信號響應曲線具有高度線性相關性，制作方法簡便等特點。

發明內容

為達到設計目的，本發明將光纖SPR傳感技術與液晶的材料特性相結合，設計了一種新型液晶填充的雙通道自校準光纖表面等離子共振溫度傳感器，并驗證了其傳感特性。該傳感器的探針結構的基底采用的是階躍折射率多模塑料包層光纖，傳感通道I在光纖裸露纖芯外側濺射一層納米金膜并將其用液晶包覆，傳感通道II在光纖裸露纖芯外側濺射銀和氧化銦錫的雙層膜結構。相比于F-P腔和光子晶體光纖的測溫系統的復雜性，光纖SPR測溫系統的探針部分制作簡便，同時結合了液晶分子的溫度特性，使其具有很高的溫度響應靈敏度，并且能實現在不同溫度范圍的變靈敏度響應。

本發明為實現上述目的采用如下技術方案，一種由液晶填充的雙通道自校準光纖表面等離子共振溫度傳感器，其特征在于：長度為60mm、纖芯直徑為400μm的階躍折射率多模塑料包層光纖中部間隔10mm的兩側分別剝除10mm長度的包層形成裸露纖芯，其中一側的裸露纖芯上濺射有厚度為40nm的環形金膜，該環形金膜外側包覆有塑料管，塑料管與環形金膜之間的空腔填充液晶分子層后進行密封處理形成傳感通道I，另一側的裸露纖芯上依次濺射有厚度為60nm的環形銀膜和厚度為22nm的環形氧化銦錫薄膜形成傳感通道II。

優選的，所述階躍折射率多模塑料包層光纖的兩端分別剝除7mm長度的包層形成裸露纖芯，該裸露纖芯端面通過光纖研磨機研磨平滑。

優選的，所述液晶分子層的材質為向列熱致液晶4-氰基-4'戊基聯苯。

本發明所述的由液晶填充的雙通道自校準光纖表面等離子共振溫度傳感器的制作方法，其特征在于具體步驟為：

步驟S1：將一段長度為60mm、纖芯直徑為400μm的階躍折射率多模塑料包層光纖的兩端分別剝除7mm長度的包層形成裸露纖芯，并通過光纖研磨機將裸露纖芯的端面研磨平滑；

步驟S2：在階躍折射率多模塑料包層光纖的中部間隔10mm的兩側分別剝除10mm長度的包層形成裸露纖芯，并對光纖進行超聲波清潔處理以清除光纖兩端的研磨碎屑及保證裸露纖芯部分的潔凈度；